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摘 要：混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。本文通过分析影响混凝土耐久性的因素，提出提高混凝土耐久性的措施。
关键词：混凝土；耐久性；影响因素；措施
中图分类号：TV331文献标识码： A
1概述
混凝土构造物过早劣化，正常使用寿命低于设计使用年限或是花费在加固维修的费用远远超出正常的养护费用。这些情况在我国各地都有出现，每年给国家带来巨大的经济损失。究其原因，是因为我们对耐久性的关注不够，设计人员、施工人员都是着重于构造物的结构强度，对耐久性仅有兼顾甚至于忽略。因此，提高混凝土的耐久性，对延长混凝土建筑物的使用年限、节约国家投资具有重要的现实意义和长远意义。
影响混凝土结构耐久性的因素很多，可分为内在因素和外在因素。内在因素包括混凝土的质量强度、保护层厚度、渗透性水泥的矿物组成标号及用量等；外在因素则指环境的温度、湿度、二氧化碳浓度以及荷载等。混凝土的破坏很少是由单一因素造成的，混凝土的碳化、混凝土的冻融破坏、侵蚀性介质的腐蚀、钢筋的锈蚀、碱集料反应都是上述因素综合作用的结果，且紧密交叉相互增强。因此，应充分分析混凝土耐久性影响因素之后，得出有效提高混凝土耐久性的措施。
2混凝土耐久性损坏的分类及机理
2.1 混凝土的碳化作用
空气、水中的二氧化碳通过混凝土裂缝、孔隙、毛细管渗透，与混凝土中的碱性物质发生化学反应，生成碳酸钙和水，使混凝土碱度降低的过程称为碳化。碱性介质对钢筋有良好的保护作用，即能使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为纯化膜。由于碳化后使混凝土碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈，构造物强度降低。同时，混凝土碳化会加剧混凝土的收缩，是混凝土表面产生裂纹，降低混凝土的抗折强度及抗渗能力。
2.2 混凝土冻融
由于混凝土可以在各种环境中使用。随着气温的周期变化，混凝土内部冰化为水，水结成冰，往复进行，当胶凝孔中的水处于过冷状态，同时毛细孔壁还要承受来自饱和水结冰后的压力， 毛细孔壁很容易超出混凝土抗压极限，混凝土就会从内部首先开裂。每次循环都是在上一次损伤的基础上再进行，所以每一次破坏都比前一次都更加严重。经过多次冻融循环作用，混凝土表层有可能出现剥离，出现新的表层，损伤的不断积累，使混凝土剥离不断向内部进行，最后有可能成为贯通裂缝。
这种破坏主要是微裂缝发生在混凝土内部，然后逐渐变宽，数量也逐渐增多。具体表现在降低了混凝土动弹性模量，从外到内造成表层剥落崩散甚至被破坏。有关混凝土的抗冻性的因素主要包括混凝土强度及其内部的孔结构受冻龄期及水饱和程度等，其中，混凝土内部的孔结构是关键因素。
2.3 钢筋的锈蚀
钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性损伤的主要原因。钢筋的锈蚀有以下几种情况：1）钢筋在外部介质作用下发生电化反应，从而导致钢筋的体积发生膨胀，体积成倍增长，使得混凝土出现裂缝，腐蚀性介质通过裂缝渗入混凝土内部，从而加快了结构的损坏；2）由于氯离子对钢筋表面的钝化膜会产生破坏，当混凝土中氯含量超过标准时，钢筋会锈蚀；3）钢筋在腐蚀性介质和拉应力共同作用下形成脆性断裂，这种破坏可在微弱介质和较低拉应力作用下产生破坏；4）钢筋锈蚀的直接后果是钢筋的有效截面面积减小，不均匀锈蚀导致钢筋表面凹凸不平，产生应力集中现象，使钢筋的力学性能退化，如强度降低、延性减小、脆性增大，导致构件的承载能力降低。
2.4 侵蚀性介质的腐蚀
当钢筋混凝土结构处在有侵蚀性介质的环境下时，混凝土内部的水泥石发生一系列化学、物理变化，使混凝土结构受到侵蚀，强度降低，甚至发生破坏。混凝土遭受侵蚀性介质的腐蚀有氯离子侵蚀、混凝土硫酸盐侵蚀等。
2.5 混凝土中的碱骨料反应
碱骨料反应具体指混凝土中的水泥、外加剂、掺合料和水中的可溶性碱（钾、钠）溶于混凝土孔隙中，与粗骨料中的有害物质，如粘土、淤泥、细屑、硫酸盐、硫化物等有害物质形成碱—硅酸盐凝胶膨胀性物质，生成的碱—硅酸盐凝胶吸水后体积不断膨胀，这样会导致混凝土产生裂纹、崩裂和强度降低。同时，增大了混凝土对气体、液体的渗透性，这使得腐蚀性介质更容易渗透，引起钢筋的锈蚀，而且碱骨料反应引起混凝土强度的降低，抗拉强度约降低10%，弹性模量降低60 %。
3提出提高混凝土耐久性的措施
3.1 要正确选用混凝土材料
一般环境条件下，宜选用低水化热和含碱量低的水泥，不宜选用早强的水泥，可以选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。硅酸盐水泥中掺有掺合料的混合水泥，如矿渣水泥、掺灰水泥，一般都能提高抵抗各种化学侵蚀的能力。同时，应重视对骨料的要求。骨料的物理耐久性反映在其体积的稳定性，随环境改变，骨料体积改变而导致混凝土破坏属于骨料的不稳性，用于严寒地区并处于干湿交替的环境下混凝土的骨料，应进行骨料的坚固和抗冻融试验，坚固试验的砂石其重量损失率不大于8%。骨料的化学耐久性主要是碱骨料反应，产生碱骨料反应的必要条件，除了潮湿环境、混凝土中碱含量超标外，与采用的碱活性骨料有极大的关系。因此对主要工程采用的骨料应作碱活性检验。
3.2 合理的配合比
控制水灰比和水泥用量。水灰比关系着混凝土孔率多少，影响CO2 在孔隙中的扩散程度、混凝土碳化的速度，因此耐久性混凝土结构设计就要注意控制水灰比，控制水泥用量是为了保证混凝土的密实性，通常规定不低于最小水泥用量，但水泥过量，会引起收缩和水化热过大而产生开裂，并非有利。同时，混凝土碱集料反应危害很大，一旦发生很难修复。当混凝土使用有碱活性反应的骨料时必须从配合比出发，严格控制混凝土中的总碱含量以保证混凝土的耐久性。此外，外加剂特别是早强剂带来高含量的碱，为预防碱集料反应，在设计上应对外加剂的使用提出要求，掺入高效活性。以此，用耐久性要求优化的混凝土配合比来确定最佳水泥用量和水灰比。
3.3 加入适量外加剂
在混凝土中掺加引气剂，引入大量均匀、稳定而封闭的微小氣泡，可有效缓冲冻融破坏，是目前混凝土结构普遍采用的改善混凝土抗冻融作用的有效方法；在混凝土中掺入粉煤灰可降低混凝土的碳化作用；另外掺加某些混合材料，例如掺5%～10%的硅粉或粉煤灰等可有效抑制碱骨料反应。
3.4足够的保护层厚度
混凝土成型的初期，钢筋表面会形成钝化保护膜，这是因为其内部的高碱度的作用，钝化保护膜对钢筋有保护作用。外界腐蚀性介质，比如水分、氧气二氧化碳等，可以由混凝土的保护层阻止隔离。保护层的厚度和其密实度是保护层作用效果的关键，想要提高混凝土结构耐久性、延长混凝土结构使用寿命，可以增大混凝土保护层厚度。
3.5 外表涂装
暴露在空气中的混凝土结构以及沿海地区的桥梁工程受到空气中的盐分等其它元素的侵蚀，缩短了混凝土构件的使用年限。可采取外表涂装的方法进行防腐处理。在混凝土表面涂层的涂料应是耐碱、耐老化的材料。
3.6 保证施工质量
混凝土的施工过程，包括搅拌、运送、浇筑、振捣、抹面、养护以及拆模各个环节，如果操作不当，都会影响混凝土的耐久性，常见的施工问题如混凝土振捣不密实、钢筋保护层厚度不足都有可能导致钢筋提前锈蚀。因此，施工质量是保证混凝土结构耐久性的重要环节。控制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量，可以用表面养护剂来改善养护条件，提高保水性，加速表面硬化，改善混凝土的施工工艺，搅拌均匀、充分振捣，加强养护，严格控制施工质量。这需要有良好的施工组织管理、良好的施工队伍素质来提高工程质量，提高混凝土结构的耐久性。
4结束语
使混凝土成为耐久的材料，混凝土结构成为耐久的结构，是当今土木工程界的热门课题。混凝土在遭受冰冻或侵蚀等作用时的破坏过程，各不相同， 但对提高混凝土的耐久性的措施来说，几乎都是为提高混凝土的密实性为目的。混凝土的耐久性是混凝土经济性能的最重要影响因素。通过上述技术措施，可以施工出具有长耐久性的混凝土，使混凝土成为耐久的材料。
参考文献
[1] GB5001022000,混凝土设计规范[S].
[2] 廉慧珍.节约型社会混凝土结构发展的思考.建筑技术,2006.
[3] JGJ55-2000,普通混凝土配合比设计规程[S].
[4] CCESOI-2004混凝土结构耐久性设计与施工指南
[5] 金伟良,赵羽习. 混凝土结构耐久性[M]. 北京:科学出版社,2002.
[6] 刘祖绳唐祥忠.建筑施工手册[M].中国建材工业出版社.
[7] 改善混凝土耐久性方法研究.建筑技术开发.2003第9期
关键词：混凝土；耐久性；影响因素；措施
中图分类号：TV331文献标识码： A
1概述
混凝土构造物过早劣化，正常使用寿命低于设计使用年限或是花费在加固维修的费用远远超出正常的养护费用。这些情况在我国各地都有出现，每年给国家带来巨大的经济损失。究其原因，是因为我们对耐久性的关注不够，设计人员、施工人员都是着重于构造物的结构强度，对耐久性仅有兼顾甚至于忽略。因此，提高混凝土的耐久性，对延长混凝土建筑物的使用年限、节约国家投资具有重要的现实意义和长远意义。
影响混凝土结构耐久性的因素很多，可分为内在因素和外在因素。内在因素包括混凝土的质量强度、保护层厚度、渗透性水泥的矿物组成标号及用量等；外在因素则指环境的温度、湿度、二氧化碳浓度以及荷载等。混凝土的破坏很少是由单一因素造成的，混凝土的碳化、混凝土的冻融破坏、侵蚀性介质的腐蚀、钢筋的锈蚀、碱集料反应都是上述因素综合作用的结果，且紧密交叉相互增强。因此，应充分分析混凝土耐久性影响因素之后，得出有效提高混凝土耐久性的措施。
2混凝土耐久性损坏的分类及机理
2.1 混凝土的碳化作用
空气、水中的二氧化碳通过混凝土裂缝、孔隙、毛细管渗透，与混凝土中的碱性物质发生化学反应，生成碳酸钙和水，使混凝土碱度降低的过程称为碳化。碱性介质对钢筋有良好的保护作用，即能使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为纯化膜。由于碳化后使混凝土碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈，构造物强度降低。同时，混凝土碳化会加剧混凝土的收缩，是混凝土表面产生裂纹，降低混凝土的抗折强度及抗渗能力。
2.2 混凝土冻融
由于混凝土可以在各种环境中使用。随着气温的周期变化，混凝土内部冰化为水，水结成冰，往复进行，当胶凝孔中的水处于过冷状态，同时毛细孔壁还要承受来自饱和水结冰后的压力， 毛细孔壁很容易超出混凝土抗压极限，混凝土就会从内部首先开裂。每次循环都是在上一次损伤的基础上再进行，所以每一次破坏都比前一次都更加严重。经过多次冻融循环作用，混凝土表层有可能出现剥离，出现新的表层，损伤的不断积累，使混凝土剥离不断向内部进行，最后有可能成为贯通裂缝。
这种破坏主要是微裂缝发生在混凝土内部，然后逐渐变宽，数量也逐渐增多。具体表现在降低了混凝土动弹性模量，从外到内造成表层剥落崩散甚至被破坏。有关混凝土的抗冻性的因素主要包括混凝土强度及其内部的孔结构受冻龄期及水饱和程度等，其中，混凝土内部的孔结构是关键因素。
2.3 钢筋的锈蚀
钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性损伤的主要原因。钢筋的锈蚀有以下几种情况：1）钢筋在外部介质作用下发生电化反应，从而导致钢筋的体积发生膨胀，体积成倍增长，使得混凝土出现裂缝，腐蚀性介质通过裂缝渗入混凝土内部，从而加快了结构的损坏；2）由于氯离子对钢筋表面的钝化膜会产生破坏，当混凝土中氯含量超过标准时，钢筋会锈蚀；3）钢筋在腐蚀性介质和拉应力共同作用下形成脆性断裂，这种破坏可在微弱介质和较低拉应力作用下产生破坏；4）钢筋锈蚀的直接后果是钢筋的有效截面面积减小，不均匀锈蚀导致钢筋表面凹凸不平，产生应力集中现象，使钢筋的力学性能退化，如强度降低、延性减小、脆性增大，导致构件的承载能力降低。
2.4 侵蚀性介质的腐蚀
当钢筋混凝土结构处在有侵蚀性介质的环境下时，混凝土内部的水泥石发生一系列化学、物理变化，使混凝土结构受到侵蚀，强度降低，甚至发生破坏。混凝土遭受侵蚀性介质的腐蚀有氯离子侵蚀、混凝土硫酸盐侵蚀等。
2.5 混凝土中的碱骨料反应
碱骨料反应具体指混凝土中的水泥、外加剂、掺合料和水中的可溶性碱（钾、钠）溶于混凝土孔隙中，与粗骨料中的有害物质，如粘土、淤泥、细屑、硫酸盐、硫化物等有害物质形成碱—硅酸盐凝胶膨胀性物质，生成的碱—硅酸盐凝胶吸水后体积不断膨胀，这样会导致混凝土产生裂纹、崩裂和强度降低。同时，增大了混凝土对气体、液体的渗透性，这使得腐蚀性介质更容易渗透，引起钢筋的锈蚀，而且碱骨料反应引起混凝土强度的降低，抗拉强度约降低10%，弹性模量降低60 %。
3提出提高混凝土耐久性的措施
3.1 要正确选用混凝土材料
一般环境条件下，宜选用低水化热和含碱量低的水泥，不宜选用早强的水泥，可以选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。硅酸盐水泥中掺有掺合料的混合水泥，如矿渣水泥、掺灰水泥，一般都能提高抵抗各种化学侵蚀的能力。同时，应重视对骨料的要求。骨料的物理耐久性反映在其体积的稳定性，随环境改变，骨料体积改变而导致混凝土破坏属于骨料的不稳性，用于严寒地区并处于干湿交替的环境下混凝土的骨料，应进行骨料的坚固和抗冻融试验，坚固试验的砂石其重量损失率不大于8%。骨料的化学耐久性主要是碱骨料反应，产生碱骨料反应的必要条件，除了潮湿环境、混凝土中碱含量超标外，与采用的碱活性骨料有极大的关系。因此对主要工程采用的骨料应作碱活性检验。
3.2 合理的配合比
控制水灰比和水泥用量。水灰比关系着混凝土孔率多少，影响CO2 在孔隙中的扩散程度、混凝土碳化的速度，因此耐久性混凝土结构设计就要注意控制水灰比，控制水泥用量是为了保证混凝土的密实性，通常规定不低于最小水泥用量，但水泥过量，会引起收缩和水化热过大而产生开裂，并非有利。同时，混凝土碱集料反应危害很大，一旦发生很难修复。当混凝土使用有碱活性反应的骨料时必须从配合比出发，严格控制混凝土中的总碱含量以保证混凝土的耐久性。此外，外加剂特别是早强剂带来高含量的碱，为预防碱集料反应，在设计上应对外加剂的使用提出要求，掺入高效活性。以此，用耐久性要求优化的混凝土配合比来确定最佳水泥用量和水灰比。
3.3 加入适量外加剂
在混凝土中掺加引气剂，引入大量均匀、稳定而封闭的微小氣泡，可有效缓冲冻融破坏，是目前混凝土结构普遍采用的改善混凝土抗冻融作用的有效方法；在混凝土中掺入粉煤灰可降低混凝土的碳化作用；另外掺加某些混合材料，例如掺5%～10%的硅粉或粉煤灰等可有效抑制碱骨料反应。
3.4足够的保护层厚度
混凝土成型的初期，钢筋表面会形成钝化保护膜，这是因为其内部的高碱度的作用，钝化保护膜对钢筋有保护作用。外界腐蚀性介质，比如水分、氧气二氧化碳等，可以由混凝土的保护层阻止隔离。保护层的厚度和其密实度是保护层作用效果的关键，想要提高混凝土结构耐久性、延长混凝土结构使用寿命，可以增大混凝土保护层厚度。
3.5 外表涂装
暴露在空气中的混凝土结构以及沿海地区的桥梁工程受到空气中的盐分等其它元素的侵蚀，缩短了混凝土构件的使用年限。可采取外表涂装的方法进行防腐处理。在混凝土表面涂层的涂料应是耐碱、耐老化的材料。
3.6 保证施工质量
混凝土的施工过程，包括搅拌、运送、浇筑、振捣、抹面、养护以及拆模各个环节，如果操作不当，都会影响混凝土的耐久性，常见的施工问题如混凝土振捣不密实、钢筋保护层厚度不足都有可能导致钢筋提前锈蚀。因此，施工质量是保证混凝土结构耐久性的重要环节。控制混凝土的最大水灰比和最小水泥用量，可以用表面养护剂来改善养护条件，提高保水性，加速表面硬化，改善混凝土的施工工艺，搅拌均匀、充分振捣，加强养护，严格控制施工质量。这需要有良好的施工组织管理、良好的施工队伍素质来提高工程质量，提高混凝土结构的耐久性。
4结束语
使混凝土成为耐久的材料，混凝土结构成为耐久的结构，是当今土木工程界的热门课题。混凝土在遭受冰冻或侵蚀等作用时的破坏过程，各不相同， 但对提高混凝土的耐久性的措施来说，几乎都是为提高混凝土的密实性为目的。混凝土的耐久性是混凝土经济性能的最重要影响因素。通过上述技术措施，可以施工出具有长耐久性的混凝土，使混凝土成为耐久的材料。
参考文献
[1] GB5001022000,混凝土设计规范[S].
[2] 廉慧珍.节约型社会混凝土结构发展的思考.建筑技术,2006.
[3] JGJ55-2000,普通混凝土配合比设计规程[S].
[4] CCESOI-2004混凝土结构耐久性设计与施工指南
[5] 金伟良,赵羽习. 混凝土结构耐久性[M]. 北京:科学出版社,2002.
[6] 刘祖绳唐祥忠.建筑施工手册[M].中国建材工业出版社.
[7] 改善混凝土耐久性方法研究.建筑技术开发.2003第9期